为何杂散测试需要使用滤波器

1. 概述

在ITU-R  SM.329-11 建议书中，对杂散发射（spurious emission）的定义如下：

杂散发射指的是在必要带宽之外的一个或多个频率上的发射，其发射电平可以降低其值而不致影响相应信息的传输。杂散发射包括谐波发射、寄生发射、互调发射及变频产物，但带外发射除外。

杂散发射按其来源不同可分为以下两种：

- 传导杂散：指天线连接器处或电源引线引起的任何杂散发射。

- 辐射杂散：指由于机箱（或机柜）以及设备的结构而引起的任何杂散发射。

杂散发射按产品工作模式的不同可分为以下几种：

- 工作模式下的杂散：指产品处于工作状态下产生的杂散发射。

- 空闲或待机模式下的杂散：指产品处于空闲或待机状态下产生的杂散发射。

- 发射机杂散：指产品的发射机工作在最大输出功率状态下产生的杂散发射。

- 接收机杂散：指产品的接收机工作处于工作状态，同时发射机处于不发射状态下产生的杂散发射。

2. 杂散测试的重要性

通信产品的发射机输出信号通常为大功率信号，在产生大功率信号的过程中可能会在发射信号的频带之外产生较高的杂散。如果杂散落入某个系统接收频段内的幅度较高，则会导致接收系统的输入信噪比降低，造成通信质量恶化，这就是所谓的杂散干扰。目前所有通信产品的射频测试，包括但不限于2G/3G/4G产品都需要测量杂散指标。对无线电管理工作来说，杂散发射是产生干扰的重要原因，所以在无线电发射设备检测中，杂散发射是一个重要的必测项目。

3. 滤波器的作用和类型

滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路，主要作用是让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的反射。滤波器一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号，利用这个特性可以允许某一部分频率的信号顺利的通过，而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制，它实质上是一个选频电路。滤波器随着电子行业的不断发展也越来越被广泛生产和使用。

滤波器按照用途可分为电源滤波器、射频滤波器等。本文主要讲述的是射频滤波器。射频滤波器是用来分离不同频率射频信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号，使其不能通过滤波器，而只让需要的信号通过。对于无线终端产品来说，在产品的天馈线系统中，滤波器是必不可少的器件。为了对发射机产生的带外信号进行抑制，规范输出信号的频谱，一般在发射机的输出端和天线之间加接滤波器。另外滤波器还是构成双工器或多工器必不可少的组成部分。

射频滤波器按频率的通带范围可分为：低通、高通、带通和带阻四个类型。高通和低通，顾名思义是可以同高频或通低频。而把信号能够通过的频率范围，称为通频带或通带；反之，信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带。这四种滤波器在无线通信系统中都有应用，其中在无线终端产品中以带通滤波器的应用最为广泛，而在射频测试系统中使用高通和带阻最多。

滤波器选择的基本思路是根据滤波器的指标要求，如通带工作频段、阻带工作频段、插入损耗、带内波动、带外抑制、端口驻波比、隔离度、矩形系数、功率容量、群时延等指标。

4. 为何要杂散测试要使用滤波器

在射频的杂散测试中，滤波器主要用来限制某一特定频率，使其衰减一定量的幅度，同时带外插入损耗比较小。例如：被测产品发射的功率较大，而杂散测试需要测试的是杂散域的频率信号，而非工作频率信号。工作频率信号过大会影响到杂散信号的测量，所以需要使用滤波器对工作频率信号进行抑制。

但是也许有人会说对工作频率信号进行抑制也可以用衰减器，不一定要使用滤波器。使用衰减这种做法到底合不合适，请继续往下看：

首先我们了解一下测试杂散所用的主要仪器——频谱仪的结构原理：

我们可以看到在频谱仪处理输入信号的前端有个非线性的元器件——混频器，众所周知当信号电平较高时，混频器工作在非线性变频状态，将产生高阶互调和混频增益压缩，而且过高的电平可能会烧坏混频器。

降低输入信号电平可以使用滤波器也可以使用衰减器，那么为什么杂散测试要使用滤波器呢？，接着往下看：

以下是实际使用频谱仪测试GSM900信号的例子，被测产品以最大功率发射信号（33±2dBm），下面这些测量结果中，绿色的线条是限值。

4.1.这是使用抑制度超过70dB的滤波器测得的结果，测试结果比较准确。

4.2.这是移除滤波器并且没有加衰减器测得的结果，没有滤波器和衰减器把输入信号电平降低到合适的电平，所以造成测量过载，测试结果严重不准确。

4.3.这是移除滤波器后加了10dB衰减器测得的结果，10dB衰减器并没有把输入信号电平降低到合适的电平，所以造成测量过载，测试结果也严重不准确。

4.4.这是移除滤波器后加了20dB衰减器测得的结果，20dB衰减器把输入信号电平降低到一定程度，但是仍没有降到最佳输入电平，所以造成一定的线性失真，测试结果也不准确。

4.5.这是移除滤波器后加了30dB衰减器测得的结果，30dB衰减器把输入信号电平降低到一定程度，但是仍没有降到最佳输入电平，所以还是造成一定的线性失真，测试结果也不准确。不过测量结果明显要比加20dB衰减器要好。

4.6.这是移除滤波器后加了36dB衰减器测得的结果，36dB衰减器把输入信号电平降低到比较低程度，但是仍没有降到最佳输入电平，所以还是造成一点点线性失真，测试的谐波结果虽然比其他衰减值要好，但仍然不够准确。从这幅图看出测试结果的底噪已经超过限值了，并且需要测量的杂散信号已经淹没在底噪中，继续加大衰减值已经没有意义了。

怎样才能较准确的杂散测量结果呢？在频谱仪输入混频器上输入信号时，使所产生的失真电平小于某个规定电平时的输入信号电平叫最佳输入电平。它随混频器的构造不同而有所不同，通常频谱仪的最佳输入电平是-30dBm。用这样的电平输入时，规定频谱仪产生的失真电平和假响应电平小于-90dBm，即在-30dBm到-90dBm间出现的信号是真正的信号。在实际测量中，为使测量不失真，或使假响应电平减至最小，应经常使用最佳输入电平。但为了降低底噪，所以需要选用抑制度比较高的滤波器，把被测产品的工作信号抑制到很低的电平，满足频谱仪的最佳输入电平的需求，才能测得最准确的结果。

由上述可见，如果不采用适当的滤波器，将会造成失真、假响应、过载、仪器底噪淹没被测信号等现象。比如由于主频信号的存在使得杂散超标。

5. 射频常用的滤波器介绍

目前射频测试使用的带阻滤波器大部分是腔体滤波器，体积较大，矩形系数好。而高通滤波器常用的有LC高通滤波器、RC高通滤波器、微带高通滤波器，体积小，矩形系数较差。腔体滤波器由谐振腔、调谐螺钉等组成，与其它性质的滤波器比较，结构牢固，性能稳定可靠，体积小，Q值适中，高端寄生通带较远而且散热性能好，可用于较大功率和频率应用范围。常见的腔体滤波器如下图：

（常见腔体带阻滤波器外观照）

（常见高通滤波器外观照）

（常见腔体滤波器内部照）

（常见腔体滤波器结构图）

（900MHz频段带阻滤波器典型的滤波特性图）

6. 巴伦技术（BALUN）射频测试对滤波器的应用

巴伦技术（BALUN）凭借强大的研发实力，研发出国内首个支持超过20个频段的滤波单元，并配合自主研制的开关矩阵以及自主研发的测试软件完全覆盖现有主流商用频段。同时还可以根据需要定制滤波单元，支持所有可用的通信频段。该滤波单元和开关单元已使用在巴伦技术自主研发的2G/3G/4G射频测试系统中，已经进行过非常多的射频测试项目，我们在这个领域有很丰富的研发和测试经验。

这是巴伦技术（BALUN）自主研发的滤波单元、开关单元和2G/3G/4G射频测试系统：

（开关和滤波单元前面板） 与 （开关和滤波单元后面板）

（巴伦射频测试系统外观照）

滤波器只是影响杂散测试的重要指标之一，还有很多其他参数会影响到杂散测试的准确性，如有需要欢迎来电巴伦技术（BALUN）进行咨询。巴伦技术（BALUN）在通信产品领域具有强大的测试能力和丰富的测试经验，为您的产品的性能验证和出口认证提供更多的便利和帮助。

后续巴伦技术（BALUN）会继续推出各种热点技术的介绍，敬请密切关注。如需了解更多的信息和寻求更深入的技术支持，可邮件至info@baluntek.com 或致电0755-66850100联系巴伦技术（BALUN）进行咨询。